Seafood is considered as an important food source which contains high nutritional values via e.g. proteins, vitamins and minerals. Therefore, seafood production and consumption has increased worldwide in recent decades. Despite the nutrient benefits, consumption of seafood containing human pathogens might pose a potential risk of foodborne illness. Pathogenic bacteria, viruses, parasites, chemicals, heavy metals and natural toxins have been found in seafood. Among different bacterial pathogens detectable in seafood, Vibrio spp. are the most commonly associated with human infections. Another public health hazard related to seafood is the rapid increase of antimicrobial resistance among zoonotic pathogens in aquatic population. The spread of antimicrobial resistant bacteria, especially ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae to human through the food chain has been reported and become a major concern of public health because of increasing in the number and severity of infections, as well as the frequency of treatment failure. In this thesis, three studies were conducted with the objectives (i) to determine the prevalence of Vibrio spp., (ii) to determine the prevalence, to investigate the quantitative load, and to characterize ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae in retail seafood in Berlin, Germany, and (iii) to investigate the effect of HHP on the inactivation of Vibrio spp. in pure culture as well as mussel homogenates. The seafood investigation results demonstrate a high prevalence of Vibrio spp. in retail seafood with 55% (95% CI: 47.2% - 62.8%), and positive samples were detected in all types of seafood investigated. V. alginolyticus was the most prevalent species (35.6%), followed by V. parahaemolyticus (27.5%), V. cholerae (6.3%) and V. vulnificus (0.6%). The storage conditions seemed to influence the prevalence of Vibrio spp. Among chilled samples, the prevalence of Vibrio spp. in unpacked samples was significantly higher than in packed samples (P = 0.006). Whereas, among packed samples, no significant difference in the prevalence of Vibrio spp. between chilled or frozen conditions was observed (P = 1). None of the V. cholerae and V. parahaemolyticus isolates carried virulence genes. However, this should not be neglected because of previous findings on pathogenic strains lacking these virulence markers. In parallel with detection of Vibrio spp., the presence of ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae in retail seafood was also investigated. The obtained data reveal that ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae were detected in 21.3% of seafood samples (95% CI: 14.8% - 27.7%). Of the positive samples, 91.2% contained an ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae load of < 100 CFU/g (lower detection limit), whereas 8.8% contained counts of 100 to 1,000 CFU/g. K. pneumoniae and E. coli were the two predominant species among the 45 isolates. β-lactamase genes were detected in 39 isolates, of which 33 isolates carried ESBL/AmpC β-lactamase genes with the majority of isolates harbouring blaCTX-M (27.3%), blaCMY (21.2%) and blaDHA (21.2%) genes. The obtained results from HHP experiment indicate the efficacy of HHP inactivating Vibrio spp. in both pure culture and mussel homogenates. Significant increases in reductions of Vibrio spp. were observed when pressure levels increased in combination with longer processing times. The reduction levels were significant different among the respective Vibrio spp., and V. vulnificus was the most susceptible species to HHP. To achieve a > 5-log reduction in mussel homogenates, treatment at 350-450 MPa for ≥ 1 min at 25ºC for V. alginolyticus, V. cholerae and V. vulnificus, or 250 MPa for ≥ 3 min for V. vulnificus are required, while pressure levels of 350 MPa for ≥ 3 min or 450 MPa for ≥ 1 min should be applied for V. parahaemolyticus. Our research highlights the hazard potential of seafood containing both Vibrio spp. and ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae in Germany. Further investigations along the seafood chain should be carried out to clarify the contamination route of Vibrio spp. and ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae as well as the transmission of resistance genes among these bacteria. Additionally, application of effective post-harvesting methods like HHP is recommended to reduce the contamination level of Vibrio spp. in seafood and finally to ensure the food safety for human consumption.
Meeresfrüchte werden als wichtige Nahrungsquelle angesehen und besitzen einen hohen Gehalt an Nährstoffen, z.B. Proteine, Vitamine und Mineralien. Aus diesem Grund haben die Produktion und der Verzehr von Meeresfrüchten in den letzten Jahrzehnten weltweit zugenommen. Trotz der Nährstoffvorteile kann der Verzehr von Meeresfrüchten, welche humanpathogene Erreger enthalten, ein potenzielles Risiko für lebensmittelassoziierte Erkrankungen darstellen. Pathogene Bakterien, Viren, Parasiten, Chemikalien, Schwermetalle und natürliche Toxine wurden bisher in Meeresfrüchten nachgewiesen. Unter den verschiedenen bakteriellen Pathogenen, die in Meeresfrüchten nachweisbar sind, werden Vibrio spp. am häufigsten mit humanen Infektionen assoziiert. Ein weiteres Risiko für die öffentliche Gesundheit in Zusammenhang mit Meeresfrüchten besteht in der schnellen Zunahme antimikrobieller Resistenzen von Zoonoseerregern in der aquatischen Population. Über die Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien auf den Menschen über die Nahrungskette, insbesondere ESBL/AmpC-produzierende Enterobacteriaceae, wurde bereits berichtet und ist zum Hauptanliegen der öffentlichen Gesundheit geworden, da die Anzahl und der Schweregrad von Infektionen sowie die Häufigkeit von Behandlungsversagen zugenommen haben. In dieser Arbeit wurden drei Studien durchgeführt, mit den Zielen: (i) die Prävalenzen von Vibrio spp. (ii) und von ESBL/AmpC-produzierenden Enterobacteriaceae in Meeresfrüchten im Einzelhandel in Berlin, Deutschland zu bestimmen, sowie die quantitative Belastung zu untersuchen und die Isolate weiter zu charakterisieren, und (iii) die Wirkung von HHP auf die Inaktivierung von Vibrio spp. in Reinkultur sowie in Muschelhomogenisaten zu untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchung von Meeresfrüchten zeigen eine hohe Prävalenz von Vibrio spp. in Meeresfrüchten aus dem Einzelhandel mit 55% (95% CI: 47,2% - 62,8%). Es konnten weiterhin in allen untersuchten Meeresfrüchtesorten positive Proben nachgewiesen werden. V. alginolyticus war die am häufigsten vorkommende Art (35,6%), gefolgt von V. parahaemolyticus (27,5%), V. cholerae (6,3%) und V. vulnificus (0,6%). Die Lagerungsbedingungen schienen auf die Prävalenz von Vibrio spp. einen Einfluss zu haben. Bei gekühlten Proben war die Prävalenz von Vibrio spp. in unverpackten Proben signifikant höher als in verpackten Proben (P = 0,006), wohingegen bei den verpackten Proben kein signifikanter Unterschied in der Prävalenz von Vibrio spp. zwischen gekühlten oder gefrorenen Lagerungsbedingungen beobachtet werden konnte (P = 1). Keines der Isolate von V. cholerae und V. parahaemolyticus trug Virulenzgene. Dies sollte jedoch aufgrund früherer Befunde zu pathogenen Stämmen, denen diese Virulenzmarker fehlen, nicht unterschätzt werden. Parallel zum Nachweis von Vibrio spp. wurde auch die Präsenz von ESBL/AmpC-produzierenden Enterobacteriaceae in Meeresfrüchten aus dem Einzelhandel untersucht. Hierbei konnten ESBL/AmpC-produzierende Enterobacteriaceae in 21,3% der Meeresfrüchteproben nachgewiesen (95% CI: 14,8% - 27,7%) werden. Von den positiven Proben enthielten 91,2% eine ESBL/AmpC-produzierende Enterobacteriaceae-Belastung von <100 KBE/g (untere Nachweisgrenze), während 8,8% der Proben Belastungen von 100 bis 1000 KBE/g enthielten. K. pneumoniae und E. coli waren die beiden vorherrschenden Spezies unter den 45 Isolaten. β-Lactamase-Gene wurden in 39 Isolaten nachgewiesen, von denen 33 Isolate ESBL/AmpC-β-Lactamase-Gene trugen, wobei die Mehrzahl der Isolate die Gene blaCTX-M (27,3%), blaCMY (21,2%) und blaDHA (21,2%) enthielten. Die Ergebnisse der HHP-Experimente belegen die Wirksamkeit der Inaktivierung von Vibrio spp. durch HPP sowohl in Reinkultur als auch in Muschelhomogenisat. Durch Erhöhung des Druckniveaus sowie der Behandlungszeiten ließen sich signifikant höhere Reduktionen von Vibrio spp. beobachten. Die Reduktionen der jeweiligen Vibrio spp. zeigten signifikante Unterschiede, wobei V. vulnificus die empfindlichste Spezies für die HHP-Behandlung war. Um eine > 5-log Reduktion von Muschelhomogenaten zu erreichen, war für V. alginolyticus, V. cholerae und V. vulnificus eine Behandlung bei 350-450 MPa für ≥ 1 min bei 25ºC und für V. vulnificus 250 MPa für ≥ 3 min erforderlich. Bei der Behandlung von V. parahaemolyticus sollte ein Druck von 350 MPa für ≥ 3 min oder 450 MPa für ≥ 1 min für angewendet werden. Unsere Untersuchungen unterstreicht das Gefahrenpotenzial von Meeresfrüchten in Deutschland, die sowohl Vibrio spp. als auch ESBL/AmpC-produzierende Enterobacteriaceae enthalten können. Weitere Untersuchungen entlang der Produktionskette für Meeresfrüchte sollten durchgeführt werden, um den Kontaminationsweg von Vibrio spp. und ESBL/AmpC-produzierenden Enterobacteriaceae sowie die Übertragung von Resistenzgenen unter diesen Bakterien zu klären. Zusätzlich wird die Anwendung von effektiven Post-harvest-Verfahren wie HHP empfohlen, um den Kontaminationsgrad von Vibrio spp. in Meeresfrüchten zu reduzieren und schließlich die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten.
